DE102017220147A1

DE102017220147A1 - Temperaturmesseinrichtung

Info

Publication number: DE102017220147A1
Application number: DE102017220147.9A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Kawai; Shigeki Tsujii; Hiroshi Sakanoue; Satoi KOBAYASHI
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2017-11-13
Publication date: 2018-09-20
Also published as: JP2018151356A; US10466109B2; US20180266885A1; JP6432915B2

Abstract

Diese Temperaturmesseinrichtung umfasst ein Gehäuse, welches eine mit einem Boden versehene röhrenförmige Form mit einem verschlossenen Abschnitt an einem Ende und einer Öffnung an dem anderen Ende aufweist, und in der ein Temperaturerfassungsabschnitt an der Seite des verschlossenen Abschnittes angeordnet ist; eine Infrarottemperatursensoreinheit, in der eine Infrarottemperaturerfassungseinheit, welche eine lichtaufnehmende Oberfläche aufweist, die einen Infrarotstrahl aufnimmt und die den empfangenen Infrarotstrahl erfasst und den Strahl in der Form eines elektrischen Signals ausgibt, gegenüber dem Temperaturerfassungsabschnitt angeordnet ist, während sie davon im Inneren des Gehäuses beabstandet ist; und eine Verbindungsanschlusseinheit, die im Inneren davon eine Schaltkreiseinheit aufweist, die das elektrische Signal erfasst und die eine Temperaturinformation so erzeugt, dass die Temperaturinformation an eine externe Einrichtung ausgegeben wird, wobei die Verbindungsanschlusseinheit an einer von der Wärmequelle beabstandeten Position angeordnet sein kann.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Temperaturmesseinrichtung, die einen Infrarottemperatursensor verwendet, der Temperatur misst, beispielsweise eine Temperaturmesseinrichtung, die zur Messung einer Abgastemperatur einer Verbrennungskraftmaschine verwendet wird.
Stand der Technik
Sogenannte Abgastemperatursensoren sind im Stand der Technik bekannt, bei welchen die Temperatur eines Abgases, das durch eine Abgasleitung strömt, wie beispielsweise eine Abgasleitung im Inneren eines Katalysators einer Reinigungseinrichtung eines Automobils, durch ein Temperaturfühlelement erfasst wird, welches ein Temperaturerfassungselement ist.
In einem Temperatursensor dieser Art wird ein Temperaturfühlelement an der Spitze eines Kabelelementes zum Ausgeben von Signalen nach außen vorgesehen, wobei die Spitze mit einem Metallgehäuse abgedeckt ist, welches eine mit einem Boden versehene, röhrenförmige Form aufweist. Das Temperaturfühlelement ist innerhalb des Raumes untergebracht, der durch das Metallgehäuse und den Spitzenabschnitt des Kabelelementes gebildet wird.
Ferner ist das Innere eines äußeren Rohrs, das aus Metall ausgebildet ist, mit einem isolierenden Pulver zwischen dem äußeren Rohr und den Kernkabeln gefüllt, wobei als ein Ergebnis davon die Kernkabel in Bezug auf das äußere Rohr isoliert sind. Ein Koppler zur elektrischen Verbindung nach außen ist in einem Paar Zuleitungsdrähte an einem Abschnitt an dem Ende der Zuleitungsdrähte gegenüber dem Ende eines Verbindungsabschnittes mit den Kernkabeln vorgesehen.
Bei der Temperaturerfassung durch solch einen Temperatursensor wird Abgaswärme des Abgases von dem Metallgehäuse empfangen und wird anschließend von dem Metallgehäuse an das Temperaturfühlelement übertragen (siehe beispielsweise die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 2000-171308 ).
Als ein weiteres Temperaturerfassungsverfahren sind sogenannte Infrarottemperaturmesseinrichtungen auch bekannt bei denen Temperatur durch eine Infrarottemperaturerfassungseinheit, welche ein Temperaturerfassungselement ist, in einem Zustand erfasst wird, in dem die Erfassungseinheit von einer Wärmequelle beabstandet ist. In einer Temperaturmesseinrichtung von diesem Typ wird Temperatur durch die Erfassung von Infrarotlicht mit einem Temperaturerfassungsabschnitt in der Form des Spitzenabschnittes eines röhrenförmigen Elementes von einem Infrarotsensorelement erfasst, das ein Temperaturerfassungselement ist, das beabstandet von dem Temperaturerfassungsabschnitt angeordnet ist.
In einer solchen Infrarottemperaturmesseinrichtung ist der Temperaturfühlabschnitt beabstandet von einer Infrarottemperaturerfassungseinrichtung angeordnet und es ist das röhrenförmige Element, das unmittelbar innerhalb des hochtemperierten Abgases angeordnet ist. Demgemäß wird es möglich, es zu vermeiden die Infrarottemperaturerfassungseinheit dem hochtemperierten Abgas auszusetzen und eine thermische Verschlechterung der Infrarottemperaturerfassungseinheit unterdrücken. Ferner kann der Temperaturerfassungsabschnitt mit einer dünnen Wand ausgebildet werden. Eine schnelle thermische Antwort kann als ein Ergebnis erhalten werden (siehe beispielsweise das japanische Patent mit der Nr. 5828033 ).
Als ein weiteres Temperaturerfassungsverfahren sind Systeme bekannt, bei denen bei einer internen AGR-Steuereinrichtung (Abgasrückführsteuereinrichtung) einer Verbrennungskraftmaschine ein innerer Ziel-AGR-Betrag gemäß der Temperatur des Abgases, das durch einen Abgastemperatursensor erfasst wird, und den Druck des Abgases, der von einem Abgastemperatursensor erfasst wird, korrigiert wird, wobei die Sensoren im Inneren eines Abgasrohrs angeordnet sind.
Die interne AGR-Steuereinrichtung steuert einen Einlass-Abgasventilzeitpunktvariiermechanismus und einen Hebelmechanismus und steuert einen inneren AGR-Betrag durch Modifizieren eines Ventilüberlappungsgrades zwischen einem internen Ventil und einem Abgasventil.
Ferner korrigiert die interne AGR-Steuereinrichtung den angestrebten inneren AGR-Betrag gemäß der Temperatur und dem Druck des Abgases. Die interne AGR-Steuereinrichtung gestattet das Steuern des internen AGR-Betrages geeigneter, indem solche Steuerfehler, die sich aus Veränderungen des Drucks und der Temperatur ergeben, kompensiert werden (siehe beispielsweise das japanische Patent mit der Nr. 4583354 ).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Jedoch weisen die bekannten Technologien die folgenden Probleme auf.
Bei einer Temperaturmesseinrichtung, die an einem Abgasrohr befestigt ist, um eine Abgastemperatur zu messen, ist eine Infrarottemperaturerfassungseinheit, welche ein Temperaturfühlelement ist, das beabstandet von einer Wärmequelle angeordnet ist, herkömmlicher Weise aus einem Material mit einer Wärmefestigkeit von 200°C oder mehr ausgebildet. Demgemäß kann die Einrichtung in der Temperaturumgebung verwendet werden, in der das Abgasrohr befestigt ist.
Eine Schaltkreiseinheit, die Signale von der Infrarottemperaturerfassungseinheit verstärkt, muss jedoch normalerweise bei oder unterhalb von 150°C in Anbetracht von Einschränkungen wie einer Halbleitersperrschichttemperatur verwendet werden. Daher müssen Maßnahmen ergriffen werden, welche sich auf Bestandteile in der Umgebung der Schaltkreiseinheit verlassen, mit der Aussicht die thermische Belastung durch die Wärmequelle zu reduzieren.
Spezifische Maßnahmen umfassen die Verwendung eines metallischen Materials mit einer Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Aluminiumlegierungen, Edelstahl oder Messing, in einem Halter und in umgebenden Elementen des Schaltkreises. Andere konkrete Maßnahmen, die ergriffen werden, umfassen das Herabsenken der Temperatur der Schaltkreiseinheit durch Formen der Bestandteile, die die Schaltkreiseinheit umgeben, um eine größtmögliche Wärmeabführoberfläche sicherzustellen.
Teure Materialien müssen ausgewählt werden, um solche Maßnahmen umzusetzen, während die komplexen Formen, die involviert werden, eine Größenreduzierung erschweren. All das obige führt zu höheren Bauteilkosten, was problematisch ist.
Die Ummantelung, der Kabelbaum und Verbinder müssen in einer Umgebung angeordnet werden, in welcher ausreichender Raum nicht sichergestellt werden kann, in internen AGR-Steuereinrichtungen, in welchen ein Abgastemperatursensor und ein Abgasdrucksensor in einem Abgasrohr angeordnet sind. Es ist folglich schwierig einen Raum zur Befestigung des Abgastemperatursensors und des Abgasdrucksensors sicherzustellen.
Wenn ein Sensor in einem Abgasrohr angeordnet wird, wird ferner hochtemperierte Wärme von dem Abgasrohr zu der Schaltkreiseinheit des Sensors übertragen. Maßnahmen müssen daher ergriffen werden, beispielsweise durch beabstandetes Anordnen des Sensors in Bezug auf das Abgasrohr, um die thermische Belastung durch das Abgasrohr zu reduzieren.
Im Speziellen muss ein Kabelbaum verlängert werden und in manchen Fällen muss ferner ein Druckführungsrohr zum Einführen von Druck des Abgases in das Abgasdruckrohr verlegt werden und Bauteile zum Befestigen des Sensors und/oder des Kabelbaums können benötigt werden. Bauteilkosten steigen demgemäß an, was problematisch ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zu welcher man gelangt, um die obigen Probleme zu lösen, eine Temperaturmesseinrichtung zur Verfügung zu stellen, welche kostengünstiger und präziser ist als bekannte Einrichtungen.
Die Temperaturmesseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: ein Gehäuse, welches eine mit einem Boden versehene, röhrenförmige Form mit einem verschlossenen Abschnitt an einem Ende und einer Öffnung an dem anderen Ende aufweist und in dem ein Temperaturfühlabschnitt, der Wärme empfängt, indem er in Kontakt mit einer Wärmequelle steht, an der Seite des verschlossenen Abschnitts angeordnet ist; eine Infrarottemperatursensoreinheit, in welcher eine Infrarottemperaturerfassungseinheit, welche eine Licht aufnehmende Oberfläche aufweist, die einen Infrarotstrahl aufnimmt und den aufgenommenen Infrarotstrahl erfasst und den Strahl in der Form eines elektrischen Signals ausgibt, gegenüber dem Temperaturerfassungsabschnitt angeordnet ist, während sie davon im Inneren des Gehäuses beabstandet ist; und eine Verbindungsanschlusseinheit, welche im Inneren davon eine Schaltkreiseinheit aufweist, die das elektrische Signal, das der Ausgangswert der Infrarotsensoreinheit ist, über die Verbindungsverkabelung, die mit der Infrarottemperatursensoreinheit verbunden ist, empfängt und die eine Signalverarbeitung an dem elektrischen Signal implementiert, um eine Temperatureigenschaft zu korrigieren, um eine Temperaturinformation zu generieren, sodass die Temperaturinformation an ein externes Gerät ausgegeben wird, wobei die Verbindungsanschlusseinheit aufweisend die Schaltkreiseinheit darin in dem Inneren davon an einer Position angeordnet werden kann, die von der Wärmequelle beabstandet ist.
Mittels des Effekts der Reduzierung des thermischen Belastung der durch eine Konfiguration gewählt wird, bei der eine Schaltkreiseinheit beabstandet von einer Wärmequelle angeordnet ist, kann in der vorliegenden Erfindung die Umgebung einer Schaltkreiseinheit aus günstigen Materialien ausgebildet werden, durch Reduzieren von Veränderungen der Temperatureigenschaften der elektronischen Bauteile, die die Schaltkreiseinheit ausbilden. Als ein Ergebnis kann eine Temperaturmesseinrichtung zur Verfügung gestellt werden, welche günstiger und präziser als bekannte Einrichtungen ist.
Figurenliste

1 ist ein Querschnittsdiagramm, das eine Temperaturmesseinrichtung von Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt, in einem Zustand, in dem die Einrichtung an einem Abgasrohr befestigt ist;
2 ist ein Querschnittsdiagramm, das eine Infrarottemperatursensoreinheit der Temperaturmesseinrichtung von Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 ist ein Querschnittsdiagramm, das eine Verbindungsanschlusseinheit der Temperaturmesseinrichtung von Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 ist ein Schaltkreisdiagramm der Temperaturmesseinrichtung von Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein Querschnittsdiagramm, das eine Temperaturmesseinrichtung von Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung in einem Zustand darstellt, in dem die Einrichtung an einem Abgasrohr befestigt ist;
6 ist ein Schaltkreisdiagramm der Temperaturmesseinrichtung von Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
7 ist ein Querschnittsdiagramm, das eine Temperaturmesseinrichtung von Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung in einem Zustand darstellt, in dem die Einrichtung an einem Abgasrohr befestigt ist;
8 ist ein Schaltkreisdiagramm, der Temperaturmesseinrichtung von Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
9 ist ein Diagramm, das eine gesendete Ausgangswellenform (SENT) der Temperaturmesseinrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung darstellt;
10 ist ein Querschnittsdiagramm, das eine Temperaturmesseinrichtung von Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung in einem Zustand darstellt, in dem die Einrichtung an einem Abgasrohr befestigt ist;
11 ist ein Querschnittsdiagramm in der Radialrichtung, das einen Zustand darstellt, in dem die Temperaturmesseinrichtung von Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung an einem Abgasrohr befestigt ist; und
12 ist ein Schaltkreisdiagramm der Temperaturmesseinrichtung von Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der Temperaturmesseinrichtung der vorliegenden Erfindung werden als nächstes unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Ausführungsform 1
1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Temperaturmesseinrichtung von Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung in einem Zustand darstellt, indem die Einrichtung an einem Abgasrohr befestigt ist. Wie in 1 dargestellt, absorbiert eine Temperaturmesseinrichtung 1a der vorliegenden Ausführungsform 1 Infrarotenergie in der Form von Wärme und gibt Temperaturinformation auf Basis eines Anstiegs einer Temperatur aus, die von der absorbierten Wärme abgeleitet wird. Die Temperaturmesseinrichtung 1a ist mit einem röhrenförmigen Abschnitt 2a und einer Infrarottemperatursensoreinheit 4a versehen.
Der röhrenförmige Abschnitt umfasst ein Metall mit einer Wärmefestigkeit, beispielsweise Edelstahl. Der röhrenförmige Abschnitt 2a ist als ein mit einem Boden versehener Zylinder ausgebildet aufweisend einen verschlossenen Abschnitt an einem Ende und eine Öffnung an dem anderen Ende. Der röhrenförmige Abschnitt 2a aufweisend eine solche Form wird beispielsweise durch Drücken eines Plattenmaterials und/oder durch Kaltschmieden eines Kabelmaterials gebildet.
Ein Temperaturfühlabschnitt 3 wird zum Teil aus dem röhrenförmigen Abschnitt 2a ausgebildet, im Speziellen an der Seite des verschlossenen Abschnittes. Der Temperaturerfassungsabschnitt tritt in direkten Kontakt mit einer Wärmequelle und absorbiert die Wärme davon.
Ein Abschnitt mit dünner Wand, der der Temperaturfühlabschnitt 3 des röhrenförmigen Abschnittes 2a ist, ist einstückig mit dem röhrenförmigen Abschnitt ausgebildet, kann jedoch getrennt von dem röhrenförmigen Abschnitt ausgebildet werden. Um den dünnen Wandabschnitt getrennt auszubilden, wird ein Element, das beabstandet von der dünnen Wand ausgebildet wird, durch Schweißen, Hartlöten, Bonden oder dergleichen mit einem Ende des röhrenförmigen Abschnittes verbunden. Ein Material aufweisend eine bessere Wärmeleitfähigkeit als der röhrenförmige Abschnitt wird als das Material des separaten Elements ausgewählt, um dadurch eine bessere thermische Antwort des Temperaturerfassungsabschnittes zu ermöglichen.
Austenitischer Edelstahl, wie beispielsweise SUS 310S, SUS 304 oder SUS 316 aufweisend eine exzellente Wärmefestigkeit kann als Edelstahl verwendet werden, als ein Beispiel des Herstellungsmateriales des röhrenförmigen Abschnittes 2a. Alternativ kann ein Material aufweisend eine hohe Wärmefestigkeit, beispielsweise ein auf Zirkonoxid basierendes Keramikmaterial mit niedriger thermischer Leitfähigkeit, anstatt des austentitischen Edelstahls verwendet werden. Um das thermische Ansprechverhalten zu verbessern, sollte der röhrenförmige Abschnitt 2a ausgebildet werden, um so dünnwandig wie möglich zu sein, solange keine Probleme in Anbetracht der Festigkeit dabei auftreten.
Als nächstes wird beispielsweise ein Material wie eine Aluminiumlegierung, Edelstahl oder Messing als ein Metallmaterial mit einer guten Wärmeleitfähigkeit in einem Nippel 5a verwendet, der als ein im Wesentlichen röhrenförmiger Abschnitt ausgebildet ist. Der Nippel 5a weist an der äußeren Umfangsoberfläche davon einen männlichen Gewindeabschnitt 6 auf und weist eine hexagonale Mutter 7 an einem Ende auf. Der Nippel 5a ist rotierbar an dem äußeren Umfang des röhrenförmigen Abschnitts 2a angebracht.
Ein Loch zur Befestigung der Temperaturmesseinrichtung 1a ist in einem Abgasrohr 50a ausgebildet. Der männliche Gewindeabschnitt 6 wird auf einen weiblichen Gewindeabschnitt montiert, der in einem Abschnitt des Lochs ausgebildet ist, als ein Ergebnis davon wird die Temperaturmesseinrichtung 1a an dem Abgasrohr 50a befestigt.
2 ist ein Querschnittsdiagramm, das die Infrarottemperatursensoreinheit der Temperaturmesseinrichtung von Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in 2 dargestellt, ist die Infrarottemperatursensoreinheit 4a ausgebildet aus einem thermophilen Element 13 als einem Fühlelement, welches einen Infrarotstrahl erfasst, einem wärmesensitiven Widerstandselement 14 als ein Fühlelement zur Temperaturkompensation, einem Substrat 40, auf dem die Dichtungselemente 13, 14 zur Verbindung nach außen befestigt sind, und einer Kappe 41, in der eine Linse auf eine Lichtführung des thermophilen Elements 13 montiert ist.
Die Infrarottemperatursensoreinheit 4a, die so ausgebildet ist, dass die Erfassungselemente 13, 14 darin untergebracht sind, ist an der Öffnungsseite des röhrenförmigen Abschnittes 2a angeordnet und ist an dem röhrenförmigen Abschnitt 2a so befestigt, dass die Infrarottemperatursensoreinheit 4a dem Temperaturfühlabschnitt 3 gegenüberliegt, während sie von dem Temperaturfühlabschnitt 3 beabstandet ist.
Das thermophile Element 13 ist aus einem Thermoelement ausgebildet, das auf einer Platte ausgebildet ist, die auf dem Substrat 40 angeordnet ist. Das thermophile Element 13 gibt als Ausgangsspannung eine elektromotorische Kraft aus, die durch die Aufnahme eines Infrarotstrahls erzeugt wird.
Das wärmeempfindliche, widerstandsfähige Element 14 ist auf dem Substrat 40 angeordnet. Der Widerstandswert des wärmeempfindlichen, widerstandsfähigen Elements 14 variiert mit der Temperaturveränderung, sodass die Umgebungstemperatur des thermophilen Elements 13 auf Basis des Widerstandswertes des wärmeempfindlichen, widerstandsfähigen Elements 14 ermittelt wird.
Die Kappe 41 ist im Wesentlichen röhrenförmig und aus Metall ausgebildet und weist eine Öffnung auf, die in der Form eines Kreises in der Lichtführung des thermophilen Elements 13 geöffnet ist. Eine Linse 42 wird in der Öffnung der Kappe 41 montiert.
Das thermophile Element 13 und das wärmeempfindliche, widerstandsfähige Element 14 sind an der unteren Fläche des Substrats 40 angeordnet.
Vier Führungsanschlüsse 43 sind an dem Substrat 40 befestigt, wobei die Führungsanschlüsse 43 vertikal in das Substrat 40 eindringen. Die Führungsanschlüsse 43 und die Elektroden des thermophilen Elements 13 und des wärmeempfindlichen widerstandsfähigen Elements 14 sind durch Bondingdrähte 44a verbunden. Eine Antriebsleistung wird dem thermophilen Element 13 und dem wärmeempfindlichen, widerstandsfähigen Element 14 bereitgestellt und Erfassungssignale werden durch die Führungsanschlüsse 43 übermittelt.
Anders als das thermophile Element 13 kann ein Fühlelement, das ein Signal bei Erfassung einer Temperatur auf der Basis eines Infrarotstrahls ausgibt, beispielsweise ein Bolometer oder eine Infrarotdiode, als das Erfassungselement verwendet werden, das einen Infrarotstrahl erfasst.
Materialien des Widerstandswertes variieren mit der Temperatur. Beispielsweise Platin, Permalloy, und Termistoren sind weithin bekannt als Fühlelemente zur Temperaturkompensation in dem Fall des wärmeempfindlichen, widerstandsfähigen Elements 14. Jedoch kann ein Thermoelement, eine Diode oder dergleichen als das wärmeempfindliche, widerstandsfähige Element 14 auch als das Fühlelement zur Temperaturkompensation verwendet werden.
Als nächstes wird die Verbindungsverkabelung 8a ausgebildet durch Aufweisen von vier Führungskabeln 45 und wird geschützt, indem sie mit einem Metallrohr oder einem Schutzrohr abgedeckt wird. Die Enden der vier Führungskabel 45 werden durch Crimpen mit einem Ende von jedem der entsprechenden Crimpanschlüsse 46a befestigt. Die anderen Enden der Crimpanschlüsse 46a werden verbunden durch ein Verbindungsverfahren, wie beispielsweise Schweißen, an die vier Führungsanschlüsse 43, die an der oberen Oberfläche des Substrats angeordnet sind.
Als Dichtungselement 9a zum isolierenden Halten wird die Infrarottemperatursensoreinheit 4a befestigt ausgehend von der Öffnungsseite der Öffnung des röhrenförmigen Abschnitts 2 und wird an dem röhrenförmigen Abschnitt 2 befestigt, während sie die Verbindungsverkabelung 8a abdeckt.
Ein Ende der Verbindungsverkabelung 8a ist mit der Infrarottemperatursensoreinheit 4a verbunden und das andere Ende ist mit einer Verbindungsanschlusseinheit 10a verbunden.
3 ist ein Querschnittsdiagramm, das die Verbindungsanschlusseinheit 10a der Temperaturmesseinrichtung von Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in 3 dargestellt, ist eine Schaltkreiseinheit 10a an der Verbindungsanschlusseinheit 10a angeordnet. Erste Enden der Schaltkreiseinheit 11a sind mit Verbindungsanschlüssen 12 durch beispielsweise Bondingkabel 44b verbunden und zweite Enden sind mit ersten Enden der Schaltkreisanschlüsse 47 verbunden.
Die Enden der vier Führungskabel 45 werden durch Crimpen mit ersten Enden der entsprechenden Crimpanschlüsse 46b befestigt. Die zweiten Enden der Crimpanschlüsse 46b werden durch entsprechende Schaltkreisanschlüsse 47 durch eine Verbindungseinrichtung, wie beispielsweise Schweißen, verbunden.
Ein Dichtungselement 9b zum isolierenden Halten der Schaltkreiseinheit 11a im Inneren der Verbindungsanschlusseinheit 10a ist an einem Ende der Verbindungsanschlusseinheit 10a befestigt, wobei das Dichtungselement 9b an der Verbindungsanschlusseinheit 10a befestigt ist, während es die Verbindungsverkabelung 8a abdeckt.
Ein Anschluss, der beispielsweise an einem Kabelbaum befestigt ist, der sich von einem externen Schaltkreis (beispielsweise einem Motorsteuergerät), nicht gezeigt, erstreckt, ist mit der Schaltkreiseinheit 11a über die Verbindungsanschlüsse 12 der Verbindungsanschlusseinheit 10a verbunden. Als ein Ergebnis wird die Ausgangsleistung der Infrarottemperatursensoreinheit 4a an einen externen Schaltkreis (beispielsweise ein Motorsteuergerät (Motorsteuergerät)) über die Führungskabel 45, die Schaltkreiseinheit 11a und die Verbinderanschlüsse 12 übertragen.
4 ist ein Schaltkreisdiagramm der Temperaturmesseinrichtung von Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Der Betrieb der Schaltkreiseinheit 11a wird als nächstes im Detail unter Bezugnahme auf das Schaltkreisdiagramm der Temperaturmesseinrichtung der vorliegenden Erfindung 1, die in 4 dargestellt ist, beschrieben.
Ein Signal von dem thermophilen Element 13 innerhalb der Infrarottemperatursensoreinheit 4a wird in einem Verstärkerschaltkreis 20a verstärkt. Strom wird von einem Konstantstromschaltkreis 21 dem wärmeempfindlichen, widerstandsfähigen Element 14 innerhalb der Infrarottemperatursensoreinheit 4a bereitgestellt. Als ein Ergebnis wird ein Spannungssignalausgabewert an beiden Enden des wärmeempfindlichen, widerstandsfähigen Elements, der einem Wert entspricht, der sich aus der Umwandlung von einem Widerstandswert in Spannung ergibt, in einem Verstärkerschaltkreis 20b verstärkt.
Die verstärkten Spannungsausgänge des thermophilen Elements 13 und des wärmeempfindlichen widerstandsfähigen Elements 14 werden in einen Multiplexer-Umwandlungsschaltkreis 22a (beispielsweise einem Multiplexer) eingegeben. Der Multiplexer-Umwandlungsschaltkreis 22a schaltet die vorgegebenen Signale in vorab ermittelten Abständen und gibt die Signale an einen Analog/Digital-Umwandlungsschaltkreis 23a aus.
Der Analog/Digital-Umwandlungsschaltkreis 23a wandelt die von dem Multiplexer-Umwandlungsschaltkreis 22a empfangenen Analogsignale in Digitalsignale um und gibt die Digitalsignale an einen Digitalsignalumwandlungsschaltkreis 24a aus. Als ein Ergebnis sammelt der Digitalsignalumwandlungsschaltkreis 24a als Digitalsignale ein Temperaturinformationssignal des Temperaturfühlabschnittes 3 sowie er von dem thermophilen Element 13 erfasst wurde und ein Temperaturinformationssignal der Infrarottemperatursensoreinheit 4a sowie es von dem wärmeempfindlichen, widerstandsfähigen Element 14 ermittelt wurde.
Auf der Basis des Temperaturinformationssignals der Infrarottemperatursensoreinheit 4a führt der Digitalsignalumwandlungsschaltkreis 24a einen Vorgang des Korrigierens einer Temperatureigenschaft des Temperaturinformationssignals des Temperaturfühlabschnittes 3, einen Vorgang des Korrigierens einer Nichtlinearität des Signals in eine Linearität und einen Vorgang der Ausgabeanpassung hin zu einer gewünschten Eigenschaft aus.
Der korrigierte Wert, der sich aus der Korrektur ergibt, und der eingestellt Wert, der sich aus der Ausgangswertanpassung in dem Digitalsignalverarbeitungsschaltkreis 24a ergibt, werden temporär in dem Speicherschaltkreis 25 gespeichert. Der korrigierte Wert und der angepasste Wert, die temporär gespeichert wurden, werden auf gewünschte Werte durch eine Kommunikation von extern mit dem Speicherschaltkreis 25 über Einstellanschlüsse 33 eingestellt und modifiziert, wobei die sich ergebenden Werte anschließend in dem Speicherschaltkreis 25 gespeichert werden. Ein EEPROM, ein Flash-Speicher oder dergleichen wird gemeinhin als der Speicherschaltkreis 25 verwendet, jedoch kann ein PROM oder ein EPROM auch verwendet werden. Das Inter-integrierte Schaltkreisschema (I2C) wird gemeinhin zu dem Kommunikationsschema mit dem Speicherschaltkreis 25 umsortiert, jedoch kann auch beispielsweise die serielle Peripherieschnittstelle (SPI) oder ein Microwire-Schema verwendet werden.
Der digital-analog-Umwandlungsschaltkreis 23a wandelt das Digitalsignal, das sich aus der Signalverarbeitung in dem Digitalsignalverarbeitungsschaltkreis 24a ergibt, in ein Analogsignal um. Das Signal, das sich aus der Umwandlung in ein Analogsignal ergibt, wird zu einem Ausgangsschnittstellenschaltkreis 27a übertragen, beispielsweise einem Spannungsfolgerschaltkreis, und die Spannung wird in der Form der finalen Temperaturinformation ausgegeben. Ein Beispiel wurde beschrieben, bei dem der Analogspannungsausgang als der Ausgangsmodus verwendet wird, jedoch kann ein Frequenzausgang oder ein digitaler Ausgang auch verwendet werden.
Obwohl hier nicht im Detail beschrieben, zeigt 4 einen Konstantspannungsschaltkreis 29 zum Bereitstellen einer Konstantspannung und einen Bezugsspannungsschaltkreis zum Bereitstellen einer Bezugsspannung innerhalb der Schaltkreiseinheit 11a.
In Ausführungsform 1 kann folglich die Schaltkreiseinheit in der Temperaturmesseinrichtung im Inneren der Verbindungsanschlusseinheit konfiguriert werden, die von dem Abgasrohr beabstandet ist, dessen Temperatur aufgrund des Abgases groß ist. Demgemäß wird die Schaltkreiseinheit keiner hohen Temperatur ausgesetzt. Es wird im Ergebnis möglich Bauteile, die aus günstigen Materialien hergestellt sind, im Umkreis der Schaltkreiseinheit aufgrund einer Reduzierung der thermischen Belastung zu Verwenden. Ferner kann der Einfluss der Schaltkreiseinheit auf die Temperatureigenschaft reduziert werden und demgemäß wird es möglich eine günstige, hochpräzise Temperaturmesseinrichtung zur Verfügung zu stellen.
Ausführungsform 2
5 ist ein Querschnittsdiagramm, das eine Temperaturmesseinrichtung von Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung in einem Zustand darstellt, in dem die Einrichtung an einem Abgasrohr befestigt ist. Die Temperaturmesseinrichtung der vorliegenden Ausführungsform 2 unterscheidet sich von der von Ausführungsform 1 dahingehend, dass die Temperaturmesseinrichtung nun einstückig mit einer Druckmesseinrichtung konfiguriert ist. Die untenstehende Erklärung fokussiert daher auf diesen Unterschied.
Wie in 5 dargestellt ist die Temperaturmesseinrichtung 1b der vorliegenden Ausführungsform 2 identisch zu der der obigen Ausführungsform 1 außer in Bezug auf eine Konfiguration einer Verbindungsanschlusseinheit 10b. Die Verbindungsanschlusseinheit 10b ist einstückig mit der Druckmesseinrichtung 15 ausgebildet, sodass ein Signal, das von der Druckmesseinrichtung 15 empfangen wird, über die Verbinderanschlüsse 12 ausgegeben wird.
Das Abgasrohr 50b in der vorliegenden Ausführungsform 2 weist einen darin ausgebildeten Druckablass 51 auf. Ein Druckeinlass 16a ist in der Verbindungsanschlusseinheit 10b aufweisend die darin untergebrachte Druckmesseinrichtung 15 vorgesehen. Die Druckmesseinrichtung 15 nimmt den Druck in dem Abgasrohr 50b über das Rohr 17 auf, welches den Druckablass 51 und den Druckeinlass 16a verbindet.
6 ist ein Schaltkreisdiagramm der Temperaturmesseinrichtung von Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Der Betrieb der Schaltkreiseinheit 11a und der Druckmesseinrichtung 15 wird als nächstes im Detail unter Bezugnahme auf das Schaltkreisdiagramm der Temperaturmesseinrichtung der vorliegenden Ausführungsform 2 beschrieben, die in 6 dargestellt ist.
Eine Druckerfassungseinheit 18a im Inneren der Druckmesseinrichtung 15 ist beispielsweise in der Form eines Dehnmessstreifens auf einer Membran ausgebildet, die in einem Siliziumsubstrat ausgebildet ist. Dieser Dehnmessstreifen erfasst als Druckinformation die Dehnung der Membran, die aus Druckschwankungen abgeleitet wird und die Druckinformation wird als Spannungswert ausgegeben. In der vorliegenden Ausführungsform 2 wird ein Verfahren zum Ermitteln von Druck über einen Dehnmessstreifen erklärt, jedoch ist das Druckerfassungsverfahren nicht auf einen Dehnmessstreifen beschränkt.
Der Spannungsausgang der Druckerfassungseinheit 18a wird in dem Verstärkerschaltkreis 20c verstärkt. Der verstärkte Spannungsausgang wird an einen analog-digital-Umwandlungsschaltkreis 23b übertragen. Ferner wird das Druckinformationssignal, das von einem Analogsignal in ein Digitalsignal durch den analog-digital-Umwandlungsschaltkreis 23b umgewandelt wurde, an den Digitalsignalverarbeitungsschaltkreis 24a übertragen. Der Digitalsignalverarbeitungsschaltkreis 24b führt einen Vorgang des Korrigierens einer Temperatureigenschaft, einen Vorgang des Korrigierens einer Signalnichtlinearität hin zu einer Linearität und einen Vorgang der Ausgangswerteinstellung auf eine gewünschte Eigenschaft durch.
Der digital-analog-Umwandlungsschaltkreis 26b wandelt in ein Analogsignal das Digitalsignal um, welches sich aus der Signalverarbeitung in dem Digitalsignalverarbeitungsschaltkreis 24b ergibt. Das Signal, das sich aus der Umwandlung in ein Analogsignal ergibt, wird an einen Ausgangsschnittstellenschaltkreis 27b übertragen (beispielsweise Spannungsfolgeschaltkreis) und die Spannung wird in der Form einer finalen Temperaturinformation ausgegeben. Es wurde ein Weg erklärt, gemäß welchem ein Analogspannungsausgangswert verwendet wird als das Ausgabeverfahren, jedoch kann auch von einem Frequenzausgabewert oder einem digitalen Ausgabewert Gebrauch gemacht werden.
Die Druckmesseinrichtung 15 der Temperaturmesseinrichtung 1b der vorliegenden Ausführungsform 2 wird einstückig mit der Verbindungsanschlusseinheit 10b konfiguriert. Das Anwenden einer solchen Konfiguration gestattet das Reduzieren der Größe eines Kabelbaums und eines Verbindungsanschlusses in Bezug auf eine Druckmessung und gestattet das Umsetzen einer günstigen Temperaturmesseinrichtung 1b, die in die Druckmesseinrichtung 15 integriert ist.
In der Konfiguration von Ausführungsform 2 ist folglich die Temperaturmesseinrichtung innerhalb der Verbindungsanschlusseinheit der Temperaturmesseinrichtung angeordnet, wobei die Schaltkreiseinheit der Temperaturmesseinrichtung in die Schaltkreiseinheit der Temperaturmesseinrichtung integriert ist. Als ein Ergebnis wird es möglich eine günstige Temperaturmesseinrichtung zur Verfügung zu stellen, die in die Druckmesseinrichtung integriert ist, wobei eine verringerte Anzahl an Schaltkreiseinheiten zum Einsatz kommt und es möglich ist verkleinerte Verbinder und Kabelbäume zur Verfügung zu stellen.
Ausführungsform 3
In Ausführungsform 2 wurde eine Konfiguration erklärt, bei der die Druckmesseinrichtung und die Verbindungsanschlusseinheit 10b miteinander integriert sind. In Ausführungsform 3 wird im Gegensatz dazu eine Konfiguration beschrieben, bei der die Druckerfassungseinheit in der Druckmesseinrichtung entfernt wird und ein Verarbeitungsschaltkreis für Drucksignale in die Schaltkreiseinheit eingebaut wird.
7 ist ein Querschnittsdiagramm, das eine Temperaturmesseinrichtung von Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung in einem Zustand zeigt in dem die Einrichtung an einem Abgasrohr befestigt ist. Die Temperaturmesseinrichtung der vorliegenden Ausführungsform 3 unterscheidet sich von der obige Ausführungsform 2 dahingehend, dass nun die Temperaturmesseinrichtung einstückig mit der Druckerfassungseinheit konfiguriert ist, anstatt einstückig mit der Druckmesseinrichtung konfiguriert zu sein. Die untenstehende Erklärung fokussiert daher auf diesen Unterschied.
Wie in 7 dargestellt, ist eine Temperaturmesseinrichtung 1c der vorliegenden Ausführungsform 3 identisch zu der von Ausführungsform 1 und 2 außer der Konfiguration einer Verbindungsanschlusseinheit 10c. Die Verbindungsanschlusseinheit 10c ist aufweisend eine Druckerfassungseinheit 18b, die damit integriert ist, konfiguriert. Signale der Druckerfassungseinheit 18b werden von den Verbindungsanschlüssen 12 über die Schaltkreiseinheit 11b ausgegeben.
Das Abgasrohr 50b in der vorliegenden Ausführungsform 3 weist den Druckablass 51 (engl.: pressure takeout outlet) darin ausgebildet auf, wie in dem Fall der obigen Ausführungsform 2. Wie bei Ausführungsform 2 ist der Druckeinlass 16a in der Verbindungsanschlusseinheit 10c aufweisend die Druckerfassungseinheit 18b, die darin untergebracht ist, vorgesehen. Die Druckerfassungseinheit 18b nimmt den Druck in dem Abgasrohr 50b über das Rohr 17 auf, das den Druckablass 51 und den Druckeinlass 16a verbindet.
8 ist ein Schaltkreisdiagramm der Temperaturmesseinrichtung von Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung. Der Betrieb der Schaltkreiseinheit 11b und der Druckerfassungseinheit 18b wird als nächstes im Detail unter Bezugnahme auf das Schaltkreisdiagramm der Temperaturmesseinrichtung der vorliegenden Ausführungsform 3, die in 8 dargestellt ist, beschrieben.
Die Druckerfassungseinheit 18b ist beispielsweise in der Form eines Dehnmessstreifens auf einer Membran konfiguriert, die in einem Siliziumsubstrat ausgebildet ist. Dieser Dehnmessstreifen ermittelt als Druckinformation die Dehnung der Membran, die aus Druckschwankungen abgeleitet wird und die Druckinformation wird als ein Spannungswert ausgegeben. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Verfahren zum Ermitteln von Druck mittels eines Dehnmessstreifens beschrieben, jedoch ist das Druckerfassungsverfahren nicht auf einen Dehnmessstreifen beschränkt.
In der Schaltkreiseinheit 11b der vorliegenden Ausführungsform 3 wird ein Verstärkerschaltkreis 20d ferner in der Schaltkreiseinheit 11a, die in Ausführungsformen 1 und 2 oben beschrieben wurde, vorgesehen und ein SENT-Schnittstellenschaltkreis 34 wird anstatt des digital-analog-Umwandlungsschaltkreises 26a und des Ausgangsschnittstellenschaltkreises 27a vorgesehen.
Ein Signal von dem thermophilen Element 13 innerhalb der Infrarottemperatursensoreinheit 4a wird in dem Verstärkerschaltkreis 20a verstärkt. Strom wird von dem Konstantstromschaltkreis 21 an das wärmeempfindliche, widerstandsfähige Element 14 innerhalb der Infrarottemperatursensoreinheit 4a bereitgestellt. Als ein Ergebnis wird ein Spannungsausgabesignal an beiden Enden des wärmeempfindlichen, widerstandsfähigen Elements 14, das dem Wert entspricht, der sich aus der Umwandlung des Widerstandes in Spannung ergibt, in dem Verstärkerschaltkreis 20b verstärkt. Das Spannungsausgabesignal der Druckerfassungseinheit 18b wird in dem Verstärkerschaltkreis 20d verstärkt.
Die verstärkten Spannungsausgabewerte des thermophilen Elements 13, das wärmeempfindliche, widerstandsfähige Element 14 und die Druckerfassungseinheit 18b werden in einen Multiplexer-Umwandlungsschaltkreis 22b (beispielsweise einen Multiplexer) eingegeben. Der Multiplexer-Umwandlungsschaltkreis 22b wechselt das eingegebene Signal in vorab ermittelten Abständen und gibt das sich ergebende Signal an einen analog-digital-Umwandlungsschaltkreis 23c aus.
Der analog-digital-Umwandlungsschaltkreis 23c wandelt das Analogsignal, das von dem Multiplexer-Umwandlungsschaltkries 22b empfangen wurde, in ein Digitalsignal um und gibt das sich ergebende Signal an einen Digitalsignalumwandlungsschaltkreis 24c aus. Als ein Ergebnis empfängt der Digitalsignalumwandlungsschaltkreis 24a als Digitalsignale ein Temperaturinformationssignal des Temperaturfühlabschnittes 3, sowie es von dem thermophilen Element 13 erfasst wurde, ein Temperaturinformationssignal der Infrarottemperatursensoreinheit 4a, wie es von dem wärmeempfindlichen, widerstandsfähigen Element 14 erfasst wurde, und ein Druckinformationssignal, das von der Druckerfassungseinheit 18b erfasst wurde.
Auf der Basis des Temperaturinformationssignals der Infrarottemperatursensoreinheit 4a führt der Digitalsignalverarbeitungsschaltkreis 24c einen Vorgang des Korrigierens einer Temperatureigenschaft des Temperaturinformationssignals des Temperaturfühlabschnittes 3, einen Vorgang des Korrigierens einer Nichtlinearität hin zu einer Linearität, den Vorgang einer Ausgangswertanpassung auf eine gewünschte Eigenschaft, einen Vorgang des Korrigierens einer Temperatureigenschaft in dem Druckinformationssignal der Temperaturerfassungseinheit 18b, einen Vorgang des Korrigierens hin von einer Signalnichtlinearität zu einer Linearität und einen Vorgang der Ausgangswerteinstellung hin zu einer gewünschten Eigenschaft durch.
Der korrigierte Wert, der sich aus einer Korrektur ergibt, und des angepasste Wert, der sich von einer Ausgangswertanpassung in dem Digitalsignalverarbeitungsschaltkreis 24c ergibt, werden temporär in dem Speicherschaltkreis 25 gespeichert. Der korrigierte Wert und der angepasste Wert, die temporär gespeichert wurden, werden eingestellt und modifiziert auf gewünschte Werte durch eine Kommunikation von außerhalb mit dem Speicherschaltkreis 25 über die Anpassungsanschlüsse 33, wobei die sich ergebenden Werte anschließend in dem Speicherschaltkreis 25 gespeichert werden. Ein EEPROM, ein Flash-Speicher oder dergleichen wird herkömmlicher Weise als der Speicherschaltkreis 25 verwendet, jedoch kann ein PROM oder ein EPROM auch verwendet werden.
Das inter-integrierte Schaltkreisschema (I2C) wird gemeinhin verwendet als das Kommunikationsschema mit dem Speicherschaltkreis 25, jedoch kann beispielsweise auch die serielle Peripherieschnittstelle (SPI) oder ein Microwire-Schema verwendet werden.
Der SENT-Schnittstellenschaltkreis 34 überlagert ein Temperatursignal der Temperaturmesseinrichtung und ein Drucksignal der Druckmesseinrichtung auf das digitale Signal, das sich aus der Signalverarbeitung in dem Digitalsignalverarbeitungsschaltkreis 24c ergibt. Ferner übermittelt der Sende-Schnittstellenschaltkreis 34 das Signal nach der Überlagerung auf eine solche Weise, um ein Pulssignal auf der Basis eines SENT-Schemas gemäß dem Standard SAE-J2716 der Gesellschaft der Automobilingenieure (Society of Automotive Engineers) auszubilden. Das Akronym „SENT“ steht für Single Edge Nibble Transmission.
9 ist ein Diagramm, das eine SENT-Ausgabewellenform einer Temperaturmesseinrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Signal, das von dem SENT-Schnittstellenschaltkreis 34 ausgegeben wird, ist ein Pulssignal aus Wiederholungen von 0V und 5V, wie in 9 dargestellt. Ausgehend von dem Anfang umfasst das Signal einen Synchronisierungsimpuls, der Synchronisationsdaten bezeichnet, einen Statuspuls, der Statusdaten bezeichnet, drei Kommunikationsdatenpulse, die Druckinformationsdaten bezeichnen, drei Kommunikationsdatenimpulse, die die Temperaturinformationsdaten bezeichnen, einen Fehlererfassungsimpuls, der Fehlererfassungsdaten bezeichnet, und einen Pausenpuls zum Anpassen einer Periode auf eine vorgegebene Zeitdauer.
In 9 sind die Einheiten der Zeitachse „TICKS“. In der vorliegenden Ausführungsform 1 wird beispielsweise festgelegt: $1 (tick) = 3 (μ s) .$
Wie in 9 dargestellt, erstreckt sich ein Intervall des Impulssignals von dem Zeitpunkt, an dem ein vorgegebener Grenzwert bei einem Spannungsabfall überquert wird, bis zu dem Zeitpunkt, bei dem der Grenzwert erneut bei einem erneuten Spannungsabfall überquert wird, gefolgt von einem unterbrechenden Spannungsanstieg. Das in 9 dargestellte Impulssignal wird so eingestellt, dass die Impulsdauer um eine vorgegebene Zeit verlängert wird, sobald ein numerischer Wert, der mit einer Bitfolge entsprechender Daten bezeichnet wird, um eins ansteigt.
In der vorliegenden Ausführungsform 3, wie oben beschrieben wurde, wird ein SENT-Schema, das breit bei einem On-board LAN-Kommunikationsschemata eingesetzt wird, als das Kommunikationsschema zwischen den Sensoreinrichtungen und dem MSG beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein solches Kommunikationsschema beschränkt. Beispielsweise kann eine serielle Übertragung auf der Basis von Kommunikationsschemata angewandt werden, wie beispielsweise einem Local Interconnect Network (LIN), einem Inter-Integrierten Schaltkreis (I2C), einem Controller Area Network (CAN) und einem Peripheral Sensor Interface 5 (PSI5).
In der Temperaturmesseinrichtung 1c der vorliegenden Ausführungsform ist folglich die Druckerfassungseinheit 18b einstückig mit der Verbindungsanschlusseinheit 10c ausgebildet und folglich kann eine Schaltkreiseinheit, welche sich auf eine Druckmessung bezieht, in die Schaltkreiseinheit 11b integriert werden. Durch Integrieren einer solchen Konfiguration wird es möglich eine günstige Temperaturmesseinrichtung 1c umzusetzen, die in eine Druckerfassungseinheit integriert ist und bei der die Anzahl an Schaltkreisen reduziert werden kann, welche sich auf eine Druckmessung beziehen, während die Verbinder und die Kabelbäume reduziert werden.
Ferner wird es möglich die Verbinderanschlüsse und Kabelbäume sogar zu reduzieren, falls der serielle Ausgangswert als der Ausgabemodus angewendet wird. Eine günstige hochpräzise Temperaturmesseinrichtung 1c aufweisend eine hohe Kommunikationszuverlässigkeit kann als ein Ergebnis zur Verfügung gestellt werden.
In der Konfiguration von Ausführungsform 3 wird folglich die Druckerfassungseinheit in der Verbindungsanschlusseinheit der Temperaturmesseinrichtung angeordnet und ein Abgasdruck wird direkt durch eine Schaltkreiseinheit gemessen. Eine Temperaturmesseinrichtung, die mit einer hochpräzisen Druckmessung versehen ist, die ein exzellentes Ansprechverhalten im Hinblick auf Druckschwankungen zur Verfügung stellt, kann als ein Ergebnis zur Verfügung gestellt werden.
Ausführungsform 4
In Ausführungsform 1 wurde ein Umstand beschrieben, bei dem eine Druckerfassungseinheit einstückig mit einer Schaltkreiseinheit versehen ist. In der vorliegenden Ausführungsform 4 wird ein Umstand beschrieben, bei dem eine Druckerfassungseinheit in der Umgebung einer Infrarottemperatursensoreinheit vorgesehen ist.
10 ist ein Querschnittsdiagramm, das eine Temperaturmesseinrichtung von Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung in einem Zustand darstellt, in dem die Einrichtung an einem Abgasrohr befestigt ist. Die Temperaturmesseinrichtung der vorliegenden Ausführungsform 4 unterscheidet sich von der von Ausführungsform 3 dahingehend, dass nun die Temperaturmesseinrichtung einstückig mit einer Druckerfassungseinheit ausgebildet ist, indem eine Druckerfassungseinheit angrenzend an die Infrarottemperatursensoreinheit 4b angeordnet ist. Die folgende Erklärung fokussiert daher auf diesen Unterschied.
Wie in 10 dargestellt unterscheidet sich eine Temperaturmesseinrichtung 1d der vorliegenden Ausführungsform 4 von Ausführungsform 1 dahingehend, dass die Druckerfassungseinheit 18b in der Infrarottemperatursensoreinheit 4b angeordnet ist und dass ein Temperatureinlass 16b und ein hohler Abschnitt 19 in einem röhrenförmigen Abschnitt 2b vorgesehen sind. Signale von der Druckerfassungseinheit 18b werden durch Verbindungsanschlüsse 12 über eine Verbindungsverkabelung 8b und die Schaltkreiseinheit 11b ausgegeben.
11 ist ein Querschnittdiagramm in der Radialrichtung, das einen Zustand darstellt, in dem die Temperaturmesseinrichtung von Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung an einem Abgasrohr befestigt ist. Wie in 11 dargestellt, ist der Temperatureinlass 16b durch Ausbilden einer Leitung vorgesehen, welche einen Durchmesser von ungefähr 1 mm an dem röhrenförmigen Abschnitt 2b aufweist. Der Druckeinlass 16b wird in einem Abgasrohr 50c innerhalb eines Lochs des Abgasrohr 50c geöffnet, wie in 10 dargestellt. Die Druckerfassungseinheit 18b ermittelt den Druck von Abgas, welches durch den Druckeinlass 16b passiert.
Wie in 11 dargestellt, ist der hohle Abschnitt 19 in dem röhrenförmigen Abschnitt 2b an der äußeren Umfangsseite der Infrarottemperatursensoreinheit 4b vorgesehen. Durch Vorsehen eines solchen hohlen Abschnittes 19 wird es möglich die thermische Belastung, die von dem Abgasrohr 50c an die Infrarottemperatursensoreinheit 4b und die Temperaturerfassungseinheit 18b über den röhrenförmigen Abschnitt 2b übertragen wird, zu reduzieren.
12 ist ein Schaltkreisdiagramm einer Temperaturmesseinrichtung von Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung. Eine detaillierte Erklärung erfolgt als nächstes fokussierend auf den Betrieb in Bezug auf die Druckerfassungseinheit 18, die an der Infrarottemperatursensoreinheit 4b angeordnet ist, in Bezug auf das Schaltkreisdiagramm der Temperaturmesseinrichtung der vorliegenden Ausführungsform 4, die in 12 dargestellt ist. Die Schaltkreiseinheit 11b in 12 ist identisch zu der Schaltkreiseinheit 11b in 8, die in Ausführungsform 3 erklärt wurde.
Ein Signal von dem thermophilen Element 13 innerhalb der Temperatursensoreinheit 4b wird in dem Verstärkerschaltkreis 20a verstärkt. Strom wird von dem Konstantstromschaltkreis an das wärmeempfindliche, widerstandsfähige Element 14 innerhalb der Infrarottemperatursensoreinheit 4a bereitgestellt. Als ein Ergebnis wird ein Spannungsausgabesignal an beiden Enden des wärmeempfindlichen, widerstandsfähigen Elements 14, das dem Wert entspricht, der sich aus der Umwandlung Widerstandswertes in Spannung ergibt, in dem Verstärkerschaltkreis 20b verstärkt. Das Spannungsausgabesignal der Druckerfassungseinheit 18b in der Infrarottemperatursensoreinheit 4a wird in dem Verstärkerschaltkreis 20d verstärkt.
Die verstärkten Spannungsausgabewerte des thermophilen Elements 13, das wärmeempfindliche widerstandsfähige Element 14 und die Druckerfassungseinheit 18 werden in den Multiplexer-Umwandlungsschaltkreis 22b (beispielsweise einen Multiplexer) eingegeben. Der Multiplexer-Umwandlungsschaltkreis 22b wechselt das eingegebene Signal in vorab ermittelten Abständen und gibt das sich ergebende Signal an den analog-digital-Umwandlungsschaltkreis 23c aus.
Der analog-digital-Umwandlungsschaltkreis 23c wandelt das Analogsignal, das von dem Multiplexer-Umwandlungsschaltkreis 22b empfangen wurde, in ein Digitalsignal um und gibt das sich ergebende Signal an den Digitalsignalverarbeitungsschaltkreis 24c aus. Als ein Ergebnis empfängt der Digitalsignalverarbeitungsschaltkreis 24c als Digitalsignale ein Temperaturinformationssignal des Temperaturfühlabschnittes 3, das von dem thermophilen Element 13 erfasst wurde, ein Temperaturinformationssignal der Infrarottemperatursensoreinheit 4b, sowie von dem wärmeempfindlichen, widerstandsfähigen Element 14 erfasst, und ein Druckinformationssignal, das von der Druckerfassungseinheit 18b ermittelt wurde.
Auf der Basis des Temperaturinformationssignals der Infrarottemperatursensoreinheit 4b führt der Digitalsignalverarbeitungsschaltkreis 24c einen Vorgang des Korrigierens einer Temperatureigenschaft des Temperaturinformationssignals des Temperaturfühlabschnittes 3, einen Vorgang des Korrigierens der Signalnichtlinearität hin zu einer Linearität und einen Vorgang der Ausgangswerteinstellung hin zu einer gewünschten Eigenschaft, einen Vorgang des Korrigierens einer Temperatureigenschaft des Druckinformationssignals der Druckerfassungseinheit 18b auf der Basis des Temperaturinformationssignals der Infrarottemperatursensoreinheit 4b, einen Vorgang des Korrigierens von einer Signalnichtlinearität hin zu einer Linearität und einen Vorgang des Einstellens des Ausgangswertes hin zu einer gewünschten Eigenschaft durch.
Der korrigierte Wert, der sich aus einer Korrektur ergibt und der angepasste Wert, der sich von einer Ausgangswertanpassung in dem Digitalsignalverarbeitungsschaltkreis 24c ergibt, werden temporär in dem Speicherschaltkreis 25 gespeichert. Der korrigierte Wert und der angepasste Wert, die temporär gespeichert wurden, werden angepasst und modifiziert auf gewünschte Werte über eine Kommunikation nach außen mit dem Speicherschaltkreis 25 über die Anpassungsanschlüsse 33, wobei die sich ergebenden Werte anschließend in dem Speicherschaltkreis 25 gespeichert werden.
Der SENT-Schnittstellenschaltkreis überlagert ein Temperatursignal der Temperaturmesseinrichtung und ein Drucksignal der Druckmesseinrichtung auf das Digitalsignal, das sich aus der Signalverarbeitung in dem Digitalsignalverarbeitungsschaltkreis 24c ergibt. Ferner überträgt der SENT-Schnittstellenschaltkreis 34 das Signal nach der Überlagerung auf eine solche Weise, um ein Impulssignal gemäß einem SENT-Schema auszubilden.
Die Temperaturmesseinrichtung 1d in der vorliegenden Ausführungsform ist auf eine solche Weise konfiguriert, dass die Druckerfassungseinheit 18b in die Infrarottemperatursensoreinheit 4b eingebaut ist. Im Speziellen wird Druck in die Druckerfassungseinheit 18b über den Druckeinlass 16b eingeführt, der in dem röhrenförmigen Abschnitt 2b vorgesehen ist.
Das Anwenden einer solchen Konfiguration gestattet ein direktes Messen des Drucks des Abgases aus dem Abgas des Abgasrohrs 50b, ohne in das Rohr einzugreifen, das durch ein dazwischen angeordnetes Rohr verläuft. Als ein Ergebnis kann eine Temperaturmesseinrichtung 1d integral mit einer hochpräzisen Druckmessung vorgesehen werden und ein Ansprechverhalten im Hinblick auf Druckschwankungen kann verbessert werden.
Bei der Konfiguration von Ausführungsform 4 wird folglich die Druckerfassungseinheit in der Infrarottemperatursensoreinheit angeordnet, um direkt den Druck des Abgases des Abgasrohrs zu messen. Als ein Ergebnis kann eine Temperaturmesseinrichtung integral mit einer hochpräzisen Druckmessung versehen werden, aufweisend ein verbessertes Ansprechverhalten im Hinblick auf Druckschwankungen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2000171308 [0005]
JP 5828033 [0007]
JP 4583354 [0010]

Claims

Temperaturmesseinrichtung (1a, 1b, 1c, 1d), umfassend: ein Gehäuse (2a, 2b), das eine mit einem Boden versehene, röhrenförmige Form mit einem verschlossenen Abschnitt an einem Ende und eine Öffnung an dem anderen Ende aufweist, und in welchem ein Temperaturfühlabschnitt (3), der Wärme aufnimmt, indem er in direktem Kontakt mit einer Wärmequelle steht, an der Seite des geschlossenen Abschnitts angeordnet ist; eine Infrarottemperatursensoreinheit (4a, 4b), in der eine Infrarottemperaturerfassungseinheit, welche eine lichtaufnehmende Oberfläche aufweist, welche einen Infrarotstrahl aufnimmt und den aufgenommenen Infrarotstrahl erfasst und den Strahl in der Form eines elektrischen Signals ausgibt, gegenüber einem Temperaturfühlabschnitt (3) angeordnet ist, während sie davon in dem Gehäuse (2a, 2b) beabstandet ist; und eine Verbindungsanschlusseinheit (10a, 10b, 10c, 10d), welche in dem Inneren davon eine Schaltkreiseinheit (11a, 11b) aufweist, die das elektrische Signal, welches von der Infrarottemperatursensoreinheit (4a, 4b) ausgegeben wird, über eine Verbindungsverkabelung aufnimmt, die mit der Infrarottemperatursensoreinheit (4a, 4b) verbunden ist und die eine Signalverarbeitung des elektrischen Signals durchführt, um eine Temperatureigenschaft zu korrigieren, um eine Temperaturinformation zu erzeugen, sodass die Temperaturinformation an eine externe Einrichtung ausgegeben wird, wobei die Verbindungsanschlusseinheit (10a, 10b, 10c, 10d) aufweisend die Schaltkreiseinheit (11a, 11b) im Inneren davon an einer Position angeordnet werden kann, die von der Wärmequelle beabstandet ist.
Temperaturmesseinrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Druckmesseinrichtung (15), die mit der Wärmequelle über ein Druckrohr verbunden ist und die einen Druck der Wärmequelle misst und eine Druckinformation aus dem gemessenen Druck erzeugt, wobei die Verbindungsanschlusseinheit (10b) als eine integrale Struktur aufweisend die Schaltkreiseinheit (11a) und die Druckmesseinheit (15) im Inneren davon ausgebildet ist und die Verbindungsanschlusseinheit (10b) die Temperaturinformation und die Druckinformation an die externe Einrichtung ausgibt.
Temperaturmesseinrichtung (1c) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: eine Druckerfassungseinheit (18b), die mit der Wärmequelle über ein Druckrohr verbunden ist und die den Druck der Wärmequelle misst, wobei die Verbindungsanschlusseinheit (10c) als eine integrale Struktur aufweisend die Schaltkreiseinheit (11b) und die Druckerfassungseinheit (18b) im Inneren davon ausgebildet ist; und wobei die Schaltkreiseinheit (11b) einen Schaltkreis, der eine Druckinformation aus dem Druck erzeugt, der von der Druckerfassungseinheit (18b) gemessen wurde, und einen Schaltkreis, der die Temperaturinformation erzeugt, aufweist; und wobei die Temperaturinformation und die Druckinformation, die in dem Schaltkreis (11b) erzeugt werden, an die externe Einrichtung ausgegeben werden.
Temperaturmesseinrichtung (1d) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: eine Druckerfassungseinheit (18b), die mit der Wärmequelle über ein Druckrohr verbunden ist und die den Druck der Wärmequelle misst und ein Drucksignal ausgibt, wobei die Infrarottemperatursensoreinheit (4b) und die Druckerfassungseinheit (18b) als eine integrale Struktur ausgebildet sind; wobei die Verbindungsanschlusseinheit (10d) das Drucksignal gemeinsam mit dem elektrischen Signal über die Verbindungsverkabelung, die mit der Infrarottemperatursensoreinheit (4b) verbunden ist, erhält; und wobei in der Schaltkreiseinheit (11b) Druckinformation durch Implementieren einer Signalverarbeitung des Drucksignals erzeugt wird; und wobei die Temperaturinformation und die Druckinformation, die in dem Schaltkreis (11b) erzeugt werden, an die externe Einrichtung ausgegeben werden.
Temperaturmesseinrichtung (1c, 1d) nach Anspruch 3 oder 4, bei der die Schaltkreiseinheit (11b) einen Schnittstellenschaltkreis aufweist, der über eine serielle Übertragung die Temperaturinformation und die Druckinformation ausgibt.